一种具备优良低温适应性的叠氮推进剂及其制备方法

摘要

一种具备优良低温适应性的叠氮聚醚推进剂，包含下列组份(质量百分比)：固化催化剂：0.01％～0.03％；粘合剂：6.0％～12.0％；增塑剂：12.0％～18.0％；交联剂0.1～2.0％；氧化剂：45.0％～60.0％；固化剂：0.5％～1.0％；燃料：16.0％～20.0％，还可以包括0.0～1.0％的扩链剂。本发明的固化催化剂为三乙氧基苯基铋；粘合剂选自3,3‑二叠氮甲基氧丁烷与四氢呋喃共聚醚、叠氮缩水甘油醚中的一种。本发明具有所制备的叠氮聚醚推进剂可室温固化、玻璃化温度低、同时具有较高的低温力学强度和优良的低温伸长率，良好的低温适应性、实测比冲高。

说明书

技术领域：

本发明属于推进剂技术领域，尤其涉及一种具有低温适应性的叠氮推进剂。

背景技术

随着现代战争环境的演变，飞机、防空导弹及空空导弹使用区域的扩大，迫切要求战术导弹发动机可以适应极端低温的使用环境，具备良好的低温适应性。随着战术战略导弹的迅猛发展，对于导弹推进剂在极端低温条件下适应性的要求越来越高，迫切需要制备一种在极端低温条件下具有良好的适应性的推进剂配方。

叠氮聚醚粘合剂本身含有较多的叠氮基侧链，其玻璃化温度较高，叠氮聚醚推进剂的玻璃化温度更高，叠氮聚醚粘合剂母体的玻璃化温度在-45℃左右，叠氮聚醚推进剂的玻璃化温度在-35℃左右，低温适应性极差。在-60℃时，叠氮聚醚推进剂已经玻璃化，本体脆化，低温适应性极差，不利于叠氮聚醚推进剂应用于高性能战略、战术导弹。

发明内容

因此，本发明的目的是：提供一种室温固化制备，具备较低玻璃化温度与良好的低温适应性的高能叠氮聚醚固体推进剂。

本发明所要解决的技术问题是：1)叠氮聚醚推进剂玻璃化温度偏高、低温伸长率偏低、低温拉伸强度抗拉强度偏低、能量偏低；2)推进剂可以在室温条件下固化，降低推进剂制备过程中所使用的外在能量，提升混合过程的本质安全性，提供可以适应极端低温条件的高能叠氮聚醚推进剂，叠氮聚醚推进剂可在室温30℃左右固化；3)推进剂玻璃化温度小于-60℃，在-60℃时拉伸强度σ_m≧4.00MPa，最大伸长率ε_m≧90.0％，实测能量比冲大于253.0s。

本发明采用的技术思路是：通过选择合适的叠氮类粘合剂、含能增塑剂，调节交联剂、扩链剂及固化剂的种类与含量，同时调节固体填料组分的含量与配比，形成一个叠氮聚醚推进剂配方。

本发明的技术方案为：一种具备优良低温适应性的叠氮推进剂，包含按质量百分比计的下列组份：

固化催化剂：0.01～0.03％；

粘合剂：6.0％～12.0％；

增塑剂：12.0％～18.0％；

交联剂：0.1～2.0％；

键合剂：0.1～0.5％；

氧化剂：45.0％～60.0％；

固化剂：0.5％～1.0％；

燃料：16.0％～20.0％。

进一步的，上述固化催化剂为三乙氧基苯基铋(TEPB)。

进一步的，上述粘合剂选自3,3-二叠氮甲基氧丁烷(BAMO)与四氢呋喃(THF)共聚醚(PBT)或叠氮缩水甘油醚(GAP)。

进一步的，上述增塑剂为N-丁基硝基乙基硝铵(BuNENA)。

进一步的，上述交联剂选自N,N,N′,N′-四羟乙基乙二胺(TEDA)、三乙醇胺(TEA)、三羟甲基丙烷(TMP)、季戊四醇(PTT)、PBT三元醇(T-PBT)、PBT多元醇(D-PBT)、GAP三元醇(T-PBT)、GAP多元醇(D-GAP)中的一种。

进一步的，本发明的叠氮推进剂还可以包括按重量百分比计在0～1.0％范围的扩链剂，所述扩链剂选自丁二醇、一缩二乙二醇、三缩二乙二醇、端羟基聚环氧乙烷-四氢呋喃无规共聚醚(PET)、端羟基聚环氧乙烷-四氢呋喃嵌段共聚醚(HTPE)、端羟基聚四氢呋喃-己酸内酯嵌段共聚醚(HTCE)中的一种或几种。

进一步的，上述键合剂为醇胺类键合剂或中性聚合物键合剂(NPBA)，所述醇胺类键合剂包括三乙醇胺(TEA)，或三氟化硼(BF₃)与三乙醇胺的复合物(T313)。

进一步的，上述固化剂选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六次甲基二异氰酸酯(HDI)、二苯甲烷4,4′-二异氰酸酯(MDI)、六次甲基多异氰酸酯(LM-100)中的一种；所述燃料为Al。

进一步的，上述氧化剂包括高氯酸铵(AP)和选自六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和/或奥克托今(HMX)的含能氧化剂。

本发明还包括上述叠氮推进剂的制备方法，包括以下步骤：

a)将所述增塑剂按质量百分比分为两部分：质量百分比为60～80wt.％的增塑剂1，质量百分比为20～40wt.％的增塑剂2；

b)将粘合剂、增塑剂1、Al、交联剂、和/或扩链剂、键合剂预混；

c)将固化剂与增塑剂2进行预混；

d)将步骤b)所得的预混物料添加至立式或卧式混合机，再依次加入含能氧化剂、高氯酸铵、步骤c)所得的预混料，进行均匀混合；

e)使用真空浇注系统将药浆浇注到发动机壳体或各类模具中。

本发明的性能为：

推进剂具备较低的玻璃化温度和较高的低温强度与较大的低温最大伸长率，较高的能量，满足先进战术武器型号对高能叠氮聚醚推进剂低温适应性的较高要求。

本发明与现有技术相比的优点如下：

通过合理选用粘合剂、硝酸酯钝感增塑剂、交联剂、扩链剂、键合剂、含能氧化剂、AP、Al粉。推进剂实现以下特征：

1)推进剂可在室温条件下固化，固化温度20.0～35.0℃；

2)叠氮推进剂玻璃化温度T_g≦-60℃；

3)推进剂同时实现较高的极端低温拉伸强度与较大的低温伸长率：-60℃时,叠氮聚醚推进剂抗拉强度σ_m≧4.00MPa，最大伸长率ε_m≧90.0％；新型叠氮聚醚推进剂具有良好的低温适应性；

4)叠氮聚醚推进剂可以实现高能量性能，实测比冲I_sp≧253.0s。

在武器型号中得到应用后可以大幅提高叠氮聚醚推进剂基导弹的低温适应性，改善先进战略、战术导弹在极端低温条件中的生存能力和安全性能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明

实施例1

表1推进剂组成

按上表1中所示的组成和百分比制备了推进剂，测试结果显示，所制备推进的性能如下：

1.推进剂T_g＝-65.0℃；

2.推进剂低温适应性如表2所示；

3.推进剂实测比冲I_sp：256.0s(6.86MPa)。

表2按表1所示制备的推进剂的低温适应性

实施例2

表3推进剂组成

按上表3中所示的组成和百分比制备了推进剂，测试结果显示，所制备推进的性能如下：

1.推进剂T_g＝-66.0℃；

2.推进剂低温适应性如表4所示；

3.推进剂实测比冲I_sp：255.5s(6.86MPa)。

表4按表3所示制备的推进剂的低温适应性

实施例3

表5推进剂组成

按上表5中所示的组成和百分比制备了推进剂，测试结果显示，所制备推进的性能如下：

推进剂性能

1.推进剂T_g＝-64.0℃；

2.推进剂低温适应性如表6所示；

3.推进剂实测比冲I_sp：253.8s(6.86MPa)。

表6按表5所示制备的推进剂的低温适应性

实施例4

表7推进剂组成

按上表7中所示的组成和百分比制备了推进剂，测试结果显示，所制备推进的性能如下：

1.推进剂T_g＝-64.5℃；

2.推进剂低温适应性如表8所示；

3.推进剂实测比冲I_sp：253.5s(6.86MPa)。

表8按表7所示制备的推进剂的低温适应性

实施例5

表9推进剂组成

按上表9中所示的组成和百分比制备了推进剂，测试结果显示，所制备推进的性能如下：

1.推进剂T_g＝-66.8℃；

2.推进剂低温适应性如表10所示；

3.推进剂实测比冲I_sp：256.0s。

表10按表9所示制备的推进剂的低温适应性

实施例6

表11推进剂组成

按上表11中所示的组成和百分比制备了推进剂，测试结果显示，所制备推进的性能如下：

1.推进剂T_g＝-64.8℃；

2.推进剂低温适应性如表12所示；

3推进剂实测比冲I_sp：255.6s。

表12按表11所示制备的推进剂的低温适应性

实施例7

表13推进剂组成

按上表13中所示的组成和百分比制备了推进剂，测试结果显示，所制备推进的性能如下：

1.推进剂T_g＝-62.7℃；

2推进剂低温适应性如表14所示；

3推进剂实测比冲I_sp：253.6s。

表14按表13所示制备的推进剂的低温适应性

实施例8

表15推进剂组成

按上表11中所示的组成和百分比制备了推进剂，测试结果显示，所制备推进的性能如下：

1.推进剂T_g＝-62.7℃；

2推进剂低温适应性如表16所示；

3推进剂实测比冲I_sp：256.2s。

表16按表15所示制备的推进剂的低温适应性

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。